Innovative standalone massive channel temperature monitoring system for CMS detector

Abstract

Kompakt Müon Solenoid (CMS) deneyi, elektronikleri ve dedektörünün bileşenlerini değiştirerek ve geliştirerek ikinci uzun kapatma dönemi (LS2) sırasında ikinci aşama güncelleme ve Yüksek Parlaklık-Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (HL-LHC) projeleri için hazırlanmaktadır. Yükseltme-2 projesi, daha yüksek yoğunlukta çarpışma gerçekleştirecek ve bu da dedektörün kalbinde yüksek parlaklık ile sonuçlanacaktır. Dahası, deney, 2027'den sonra Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın (LHC) mevcut parlaklık değerinin ötesinde 10 kat daha fazla entegre parlaklık sağlayan HL-LHC ile daha fazla veri toplayacaktır. Daha yüksek parlaklık değerleri, elektroniklerin ısınmasına yol açacaktır, bu nedenle dedektörün çevresindeki sıcaklığın kontrol edilmesi ve izlenmesi çok önemli bir rol oynamaktadır. Bu sıcaklık izleme, zaman içinde bu noktaya kadar Programlanabilir Mantık Denetleyicisi (PLC) tarafından yerine getiriliyordu. Fakat, PLC tabanlı izlemenin daha pahalı olması ve çok daha fazla yer kaplaması nedeniyle yeni ve optimum bir izleme sisteminin geliştirilmesi zorunlu hale getirilmiştir. Bu tezde sunulan çalışma, yukarıda belirtilen konuları ele almakta ve gömülü sistemler kullanarak yeni bir sıcaklık izleme sistemi önermektedir. Bu yaklaşımda, sensör seçimlerini, okuma devresini, donanımın ve yazılım uygulayan ve ortaya çıkacak sorunları optimize eden, ayrıca OPC- UA sunucusu aracılığıyla MTRS ve Algıç Kontrol Sistemleri (DCS) arasındaki iletişimi sağlayan MTRS sistem geliştirilmiştir. Bu tez, MTRS'nin dedektörün gelecekteki yükseltmeleri için neden gerekli olduğunu tartışmakta ve gömülü tabanlı yaklaşımın yollarını sunmaktadır.

Compact Muon Solenoid (CMS) experiment has been preparing for Upgrade-2 and High Luminosity-Large Hadron Collider (HL-LHC) projects during Long Shutdown 2 (LS2) by replacing and enhancing electronics and the components of its detector. The Upgrade-2 project will implement high intensities in the collisions, which results in a highly integrated luminosity of about 2500 $fb^{-1}$ at the heart of the detector. Moreover, the experiment will gather more data with the HL-LHC, which enables an additional integrated luminosity by a factor of 10 beyond the current luminosity value of the Large Hadron Collider (LHC) after 2027. Higher luminosity values bring about higher temperature onto electronics of the detector, therefore controlling and monitoring the temperature around the detector environment under challenging operating conditions plays a crucial role. This temperature monitoring has been fulfilled by the Programmable Logic Controller (PLC) up to this point in time. However, a new and optimum monitoring system is made essential because PLC-based monitoring is more expensive and takes much more place. The work presented in this thesis addresses the above-mentioned issues and proposes a novel temperature monitoring system using embedded systems. In this approach, we developed a Massive Temperature Monitoring System (MTRS), including sensor choices, designing readout circuitry, hardware and software implementations, and optimizing the issues to have arisen, as well as providing communication between MTRS and Detector Control System (DCS) via Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) server. This dissertation discusses the reasons why the MTRS is essential for the future upgrades of the detector and furnishes the ways of embedded-based approach.